DE102014112096B4 - Absorbent fibrous web - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer saugfähigen Faserstoffbahn, welches die Verfahrensschritte umfassta) wirres Legen von aufgefaserten Zellstofffasern aus CTMP in einem Gasstrom auf einer Unterlage,b) Vorverdichten der Zellstofffasern unter Erzeugung eines lockeren Vlieses,c) Einführen des Vlieses aus Schritt b) in den Spalt eines Kalanderrollenpaares, wobei die Oberflächen der Kalanderrollen jeweils Vorsprünge aufweisen, mit denen die Fasern aus Schritt b) unter Druck im Bereich zwischen 150 bis 600 MPa aufeinandergedrückt werden.A process for producing an absorbent fibrous web, which comprises the steps of a) laying fiberized cellulose fibers made of CTMP in a gas stream on a base, b) pre-compressing the cellulose fibers to produce a loose fleece, c) introducing the fleece from step b) into the gap of a Pair of calender rolls, the surfaces of the calender rolls each having projections with which the fibers from step b) are pressed together under pressure in the range between 150 to 600 MPa.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine saugfähige Faserstoffbahn aus aufgefaserten Zellstofffasern, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Verwendung dieser Faserstoffbahn.The present invention relates to an absorbent fibrous web made of fibrated cellulose fibers, a process for its production and the use of this fibrous web.
Saugfähige Faserstoffbahnen finden als Absorptionskörper zum Aufsaugen von Flüssigkeiten vielfältige Anwendung, z. B. in Lebensmittelverpackungen, in Hygieneprodukten, wie Tampons, Damenbinden, Windeln und Inkontinenzprodukten, in medizinischen Produkten, wie Verbandsmaterialien.Absorbent fibrous webs are used as absorbent bodies for absorbing liquids in a variety of applications, e.g. B. in food packaging, in hygiene products such as tampons, sanitary napkins, diapers and incontinence products, in medical products, such as bandages.
Diese Absorptionskörper bestehen in der Regel aus locker gelegten Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs, d. h. Zellulose- oder Zellstofffasern oder Kunststofffasern, die vollflächig oder bereichsweise verdichtet sind. Um die Absorptionskapazität zu erhöhen, werden in diesen Absorptionskörpern vielfach sogenannte superabsorbierende Polymere eingearbeitet. Diese superabsorbierenden Polymere absorbieren Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, und quellen dabei auf.These absorption bodies usually consist of loosely laid fibers of natural or synthetic origin, i. H. Cellulose or cellulose fibers or plastic fibers that are compacted over their entire area or in certain areas. In order to increase the absorption capacity, so-called superabsorbent polymers are often incorporated into these absorption bodies. These superabsorbent polymers absorb liquids, especially water, and swell in the process.
In der
Die Druckschrift
Die superabsorbierenden Materialien entfalten ihre Absorptionsfähigkeit insbesondere gegenüber Wasser. Sobald die aufzunehmende Flüssigkeit Metallionen enthält, wie beispielsweise Na+ oder organische Flüssigkeiten, wie Ethanol, nimmt die Absorptionsfähigkeit/Absorptionskapazität stark ab. Bei einem Alkoholgehalt (Ethanol) von 50 % und darüber wird keine Flüssigkeit mehr in nennenswerter Menge aufgenommen. Eine Absorptionskapazität liegt quasi nicht mehr vor.The superabsorbent materials develop their absorbency especially against water. As soon as the liquid to be absorbed contains metal ions, such as Na + or organic liquids such as ethanol, the absorbency / absorption capacity decreases sharply. With an alcohol content (ethanol) of 50% and above, no more liquid is absorbed in any significant amount. An absorption capacity is virtually no longer available.
Ein weiterer Nachteil der superabsorbierenden Polymere ist, dass sie als Zusatzstoff immer zusätzliche Kosten mit sich bringen, sowohl für das Material als solches und auch die Einarbeitung in einen Absorptionskörper bedeutet einen zusätzlichen Arbeitsschritt und somit höhere Herstellungskosten. Hinzukommt, dass für die Verwendung von synthetischen Materialien wie SAP im Lebensmittelverpackungen und im Hygienebereich eine amtliche Zulassungen beantragt werden müssen, während Zellstofffasern ohne derartige Zulassungsverfahren eingesetzt werden können.Another disadvantage of the superabsorbent polymers is that, as an additive, they always entail additional costs, both for the material as such and for incorporation into an absorption body means an additional work step and thus higher production costs. In addition, official approvals must be applied for the use of synthetic materials such as SAP in food packaging and hygiene, while cellulose fibers can be used without such approval procedures.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein saugfähiges Faserstoffmaterial zur Verfügung zu stellen, das im Wesentlichen aus Zellstofffasern oder Zellulosefasern besteht und eine hohe Absorptionsfähigkeit gegenüber Öl, Wasser, wässrigen Lösungen und auch Ethanol aufweist sowie nahezu unabhängig von der Metallionenkonzentration ist. Für die Anwendung im Hygiene- und Lebensmittelbereich ist es darüber hinaus wichtig, dass alle verwendeten Stoffe humantoxikologisch unbedenklich sind. Soweit möglich, soll auf den Einsatz von superabsorbierenden Polymeren verzichtet werden.The object of the present invention was to provide an absorbent fibrous material which essentially consists of cellulose fibers or cellulose fibers and has a high absorption capacity against oil, water, aqueous solutions and also ethanol and is almost independent of the metal ion concentration. For use in the hygiene and food sector, it is also important that all substances used are harmless to human toxicology. As far as possible, the use of superabsorbent polymers should be avoided.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen saugfähigen Faserstoffbahn, welches die Verfahrensschritte umfasst
- a) wirres Legen von aufgefaserten Zellstofffasern aus CMTP in einem Gasstrom auf einer Unterlage,
- b) Vorverdichten der Fasern unter Erzeugung eines lockeren Vlieses,
- c) Einführen des Vlieses aus Schritt b) in den Spalt eines Kalanderrollenpaares, wobei die Oberflächen der Kalanderrollen jeweils Vorsprünge aufweisen, mit denen die Fasern aus Schritt b) unter Druck im Bereich zwischen 150 bis 600 MPa aufeinandergedrückt werden.
- a) tangled laying of fiber pulp fibers made of CMTP in a gas stream on a base,
- b) pre-compressing the fibers to produce a loose fleece,
- c) inserting the fleece from step b) into the nip of a pair of calender rolls, the surfaces of the calender rolls each having projections with which the fibers from step b) are pressed onto one another under pressure in the range between 150 to 600 MPa.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine saugfähige Faserstoffbahn aus aufgefasertem Zellstoff, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Free-Swell-Kapazität (FSC) gegenüber einer 0,9-%igen NaCI-Lösung von mindestens 16 g/g Faserstoffbahn und eine Absorptionskapazität nach der BfR Methode von mindestens 6g/g aufweist.An object of the present invention is therefore an absorbent fibrous web made of fiber pulp, which is characterized in that it has a free swell capacity (FSC) compared to a 0.9% NaCl solution of at least 16 g / g fibrous web and a Absorption capacity according to the BfR method of at least 6g / g.
Überaschenderweise wurde festgestellt, dass eine Faserstoffbahn aus aufgefasertem Zellstoff auch ohne sogenannte polymere Saugverstärker, wie superabsorbierende Polymere eine Absorptionskapazität, nämlich eine sogenannte Free Swell Capacity (FSC), gegenüber einer 0,9-%igen NaCI-Lösung von mindestens 16 g/g Faserstoffbahn aufweist, wobei auf Zuschläge wie superabsorbierende Polymere, CMC, Pektine oder ähnliches verzichtet werden kann. Vorzugsweise liegt die sogenannte Free-Swell-Kapazität gegenüber einer 0,9-%igen NaCI-Lösung bei mindestens 20 g/g und insbesondere bei mindestens 24 g/g, bestimmt analog der Edana-Testmethode 440.2-02 oder ISO 17190-5:2001.Surprisingly, it was found that a fibrous web made from fiber pulp, even without so-called polymeric suction enhancers, such as superabsorbent polymers, has an absorption capacity, namely a so-called Free Swell Capacity (FSC), compared to a 0.9% NaCI solution of at least 16 g / g fibrous web has, whereby additives such as superabsorbent polymers, CMC, pectins or the like can be dispensed with. The so-called free swell capacity is preferably at least 20 g / g compared to a 0.9% NaCl solution and in particular at least 24 g / g, determined analogously to the Edana test method 440.2-02 or ISO 17190-5: 2,001th
Vorzugsweise liegt auch die Absorptionsleistung bestimmt nach der BfR-Methode, d.h. unter Last, deutlich über den Werten, wie sie die aus dem Stand der Technik bekannten Produkte aufweisen, und beträgt vorzugsweise mindestens 8 g/g Faserstoffbahn, bestimmt gemäß der 61. Mitteilung des Bundesamtes für Risikobewertung (BfR) veröffentlicht im Gesundheitsblatt 04.2003.The absorption performance is preferably also determined by the BfR method, i.e. under load, clearly above the values as shown in the products known from the prior art, and is preferably at least 8 g / g of fibrous web, determined in accordance with the 61st communication of the Federal Office for Risk Assessment (BfR) published in health sheet 04.2003.
Auch die Retention (CRC = Centrifuge Retention Capacity) ist vorzugsweise deutlich höher als die gegenüber den Produkten aus dem Stand der Technik und beträgt mindestens 1,3 g/g Faserstoffbahn, insbesondere mindestens 1,5 g/g, bestimmt analog der Edana-Testmethode 441.2-02 oder ISO 17190-6:2001.The retention (CRC = Centrifuge Retention Capacity) is preferably significantly higher than that compared to the products from the prior art and is at least 1.3 g / g fibrous web, in particular at least 1.5 g / g, determined analogously to the Edana test method 441.2-02 or ISO 17190-6: 2001.
Erfindungsgemäß ist die saugfähige Faserstoffbahn aus aufgefasertem Zellstoff hergestellt. Als Zellstoffmaterialien können beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Zellstoffmaterialien verwendet werden, wie Mechanical Pulp (MP), TMP (Thermomechanical Pulp), CTMP (Chemithermomechanical Pulp), HT-CTMP (High Temperature Chemithermomechanical Pulp), Wood Pulp und Fluff Pulp sowie beliebige Gemische aus den genannten Zellstoffen. Besonders gute Ergebnisse werden erhalten mit CTMP, beispielsweise ein CTMP, wie es nach dem Verfahren beschrieben in der
Zum Einsatz der erfindungsgemäßen Faserstoffbahn in Lebensmittelverpackungen oder auch im medizinischen Bereich oder für Hygieneartikel hat es sich als geeignet erwiesen, wenn das Flächengewicht zwischen 60 und 1500 g/m2 vorliegt, vorzugsweise in dem Bereich von 90 bis 900 g/m2 und insbesondere von 120 bis 700 g/m2.For the use of the fibrous web according to the invention in food packaging or also in the medical field or for hygiene articles, it has proven suitable if the weight per unit area is between 60 and 1500 g / m 2 , preferably in the range from 90 to 900 g / m 2 and in particular from 120 to 700 g / m 2 .
Das in Schritt a) eingesetzte Fasermaterial besteht vorzugsweise aus aufgefaserten, d.h. defiberisierten Zellstofffasern. Zellstofffasern sind im Handel üblicherweise in Form von Ballen, Bögen oder Rollen erhältlich. Die Auffaserung der handelsüblichen Fasermaterialien kann in dem Fachmann bekannten Vorrichtungen erfolgen, wie z.B. in einer Hammermühle oder eines anders gearteten Refinders, wie einem Disc-Refiner oder Pin-Mill zerkleinert werden.The fiber material used in step a) preferably consists of fiberized, i.e. defiberized pulp fibers. Pulp fibers are usually commercially available in the form of bales, sheets or rolls. The commercially available fiber materials can be fiberized in devices known to those skilled in the art, such as crushed in a hammer mill or other type of finder, such as a disc refiner or pin mill.
Die Herstellung der saugfähigen Faserstoffbahn erfolgt, indem der aufgefaserte Zellstoff wie oben beschrieben in einem Gasstrom, in Wasser oder einem anderen Medium formiert wird. In einer möglichen Ausführungsform liegen die Fasern in Form einer im Luftstrom aufgeschütteten Schüttung vor. Die formierte Faserschicht wird auf einem Förderband, auf einem beweglichen Sieb oder einem Stahlsieb zunächst vorverdichtet, so dass ein lockeres Vlies mit geringer Dichte und Reißfähigkeit entsteht. Die Reißfähigkeit sollte so hoch bemessen sein, dass das Vlies über eine Länge von etwa 0,1 bis 1 m frei durchhängen kann ohne zu zerreißen. Auch sollte er einem Luftdruck widerstehen, der bei der Fertigung auftreten kann. Anschließend wird das Vlies in den Spalt eines Kalanderrollenpaares eingeführt, welche an ihrer Oberfläche ein Muster von punkt- oder linienförmigen Vorsprüngen aufweist. Die punkt- oder linienförmigen Vorsprünge sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sie sich gegenüberstehen und die Fasern in diesen Flächenbereichen unter Druck in dem Bereich 150 bis 600 MPa aufeinandergedrückt werden. Der infolge der gegenüberstehenden Vorsprünge auf den Kalanderwalzenoberflächen ausgeübte Druck sollte so hoch sein, dass in diesen Bereichen Prägepunkte ausgebildet werden, in denen die Fasern ein innige Verbindung eingehen und nicht zerstörungsfrei gelöst werden können. Vorzugsweise wird die Faserstoffbahn nach einem Verfahren und in einer Vorrichtung hergestellt, wie sie in der
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorsprünge auf den Kalanderoberflächen derart angeordnet, dass sich auf der Oberfläche der Faserstoffbahn ein Prägemuster aus punkt- oder linienförmigen Prägebereichen bildet.In a preferred embodiment, the projections on the calender surfaces are arranged in such a way that an embossing pattern of punctiform or linear embossed areas is formed on the surface of the fibrous web.
Bei der Herstellung des Absorptionsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf Bindemittel, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind und im allgemeinen eingesetzt werden, praktisch völlig verzichtet werden.In the production of the absorption material according to the present invention, binders such as are known from the prior art and are generally used can be practically dispensed with entirely.
Die Dicke des erfindungsgemäßen Absorptionsmaterials ist vorzugsweise so eingestellt, dass das flächige Material als Saugkörper in Lebensmittelverpackungen und im Hygienebereich eingesetzt werden kann und beträgt vorzugsweise 0,2 bis 4 mm, insbesondere 0,5 bis 2 mm, gemessen in den nicht-geprägten Bereichen gemäß Edana Methode 30.5-99.The thickness of the absorption material according to the invention is preferably set so that the flat material can be used as absorbent in food packaging and in the hygiene sector and is preferably 0.2 to 4 mm, in particular 0.5 to 2 mm, measured in the non-embossed areas according to Edana method 30.5-99.
In Abhängigkeit vom Anwendungszweck kann die erfindungsgemäße Faserstoffbahn an ihrer Oberseite und/oder Unterseite noch eine oder mehrere weitere Lagen aufweisen, beispielsweise Lagen aus dünnem Tissuematerial, Nonwoven, atmungsaktiver SMS, Gewebe und/oder gelochter zwei- oder dreidimensionaler Folie. Nonwoven-Materialien sind Textilähnliche Materialien, die aus langen Fasern hergestellt sind und die durch chemische, mechanische, Hitze- oder Lösungsbehandlung miteinander verbunden sind. Es handelt sich hierbei um textile Flächengebilde aus einzelnen Fasern, die flüssigkeitsdurchlässig sind und insbesondere für den Einsatz im medizinischen Bereich, wie als Wundauflagen, geeignet sind. Materialien, aus welchen die Nonwoven-Materialien bzw. die gelochten Folien hergestellt sein können, sind vorzugsweise Polyolefin-Folien, wie Polyethylen- oder Polypropylen-Folien oder auch Naturstoffvliese. Als weitere Lagen kommen auch Laminate aus unterschiedlichen Materialien, wie aus Nonwoven und atmungsaktiver Folie (BTBS-Filme =breathable film textile backsheet), in Betracht, wie sie üblicherweise für die Herstellung von Außenseiten von Inkontinenzprodukten bekannt sind.Depending on the application, the fibrous web according to the invention can have one or more further layers on its top and / or bottom, for example layers made of thin tissue material, nonwoven, breathable SMS, fabric and / or perforated two- or three-dimensional film. Nonwoven materials are textile-like materials that are made from long fibers and that are bonded together by chemical, mechanical, heat, or solution treatment. These are textile fabrics made of individual fibers that are permeable to liquids and are particularly suitable for use in the medical field, such as wound dressings. Materials from which the nonwoven materials or the perforated foils can be produced are preferably polyolefin foils, such as polyethylene or polypropylene foils or also natural material nonwovens. Other layers include laminates made of different materials, such as nonwoven and breathable film (BTBS films = breathable film textile backsheet), as are usually known for the production of the outside of incontinence products.
Die weiteren Lagen können bereits bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Faserstoffbahn aufgebracht werden, indem die Zellstoffschüttung auf eine erste Lage aufgebracht wird und ggf. mit einer zweiten Lage abgedeckt wird. Die Schichtung aus einer ersten Lage und Zellstofffasern sowie bei einer gegebenenfalls zweiten Lage kann gemeinsam in einen Kalander eingeführt werden. Die beiden Lagen können gleich oder verschieden sein und dem Verwendungszweck entsprechend angepasst werden.The other layers can already be applied during the production of the fibrous web according to the invention by applying the cellulose fill to a first layer and possibly covering it with a second layer. The layering of a first layer and cellulose fibers and, if necessary, a second layer can be introduced together into a calender. The two layers can be the same or different and can be adapted to the intended use.
In einer weiteren Ausführungsform können weitere Lagen nach Austritt aus dem Kalander aufgebracht werden.In a further embodiment, further layers can be applied after leaving the calender.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Handelsübliche HT-CTMP mit einer Brightness von 70 % nach ISO 2470 wird aufgefasert und anschließend nach dem in der
Es wurden Faserstoffbahnen unterschiedlichen Flächengewichten hergestellt und deren Absorptionsfähigkeit gegenüber 0,9-%iger NaCI-Lösung ohne Belastung (FSC), unter Belastung (BfR) und die Retention (CRC) untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.Fibrous webs of different basis weights were produced and their absorption capacity compared to 0.9% NaCl solution without load (FSC), under load (BfR) and the retention (CRC) were examined. The results are shown in Table 1.
Absorptionsfähigkeit ohne Belastung (Free Swell Capacitv, FSC)Absorbability without load (Free Swell Capacitv, FSC)
Die Bestimmung der FSC erfolgt analog der Edana-Testmethode 440.2-02. Dazu werden die Probenstücke in trockenem Zustand gewogen (GTR1) und anschließend in einen Spinnvliesbeutel (ca. 150 mm*150 mm) eingeschweißt und erneut gewogen (GTR2). Die Proben werden anschließend zusammen mit dem Vliesbeutel in einer Schale mit 0,9-%iger NaCI-Lösung getränkt und 20 Minuten in der Lösung gelassen. Der Flüssigkeitsspiegel muss die Probe mindestens 10 mm überdecken. Anschließend werden die Proben herausgehoben und zum Abtropfen 1 Minuten auf einen Siebrahmen gelegt. Die Proben werden erneut gewogen (GF). Die Auswertung erfolgt nach
Die Messergebnisse werden gemittelt und die Standardabweichung bestimmt.The measurement results are averaged and the standard deviation is determined.
Bestimmung der Retention (Centrifuge Retention Capacity = CRC)Determination of retention (Centrifuge Retention Capacity = CRC)
Unter CRC versteht man die Absorptionsmenge an Flüssigkeit, die ein Produkt aufnimmt, wenn es unter einer definierten Zentrifugalkraft steht.CRC is the amount of liquid that a product absorbs when it is under a defined centrifugal force.
Die Bestimmung des CRC erfolgte analog der Edana-Testmethode 441.2-02 oder ISO 17190-6:2001. Dazu werden die Proben wie oben unter der Versuchsbeschreibung zu FSC angegeben vorbereitet und in 0,9%-iger NaCI-Lösung getränkt. Anschließend werden die Proben herausgehoben und eine Minute lang in einer Schleuder (Ø Trommel 340 mm, n = 2800 1/Minute) entwässert. Die Proben werden erneut gewogen (Messergebnis GC).The CRC was determined analogously to the Edana test method 441.2-02 or ISO 17190-6: 2001. For this purpose, the samples are prepared as indicated above under the test description for FSC and soaked in 0.9% NaCI solution. The samples are then lifted out and dewatered for one minute in a centrifuge (Ø drum 340 mm, n = 2800 1 / minute). The samples are weighed again (measurement result GC).
Die Versuchsauswertung erfolgt nach der folgenden Gleichung:
Die Messergebnisse werden gemittelt und die Standardabweichung bestimmt.The measurement results are averaged and the standard deviation is determined.
Bestimmung der Absorptionskapazität nach der BfR-MethodeDetermination of the absorption capacity according to the BfR method
Die Absorptionskapazität nach der BfR-Methode wird analog des in der 61. Mitteilung des Bundesamtes für Risikobewertung (BfR), veröffentlicht im Bundesgesundheitsblatt 04.2003, durchgeführt. Dazu wird ein aus der Saugeinlage geschnittener Prüfling in einen Plastikzylinder mit einem Boden aus Siebgewebe gelegt und mit einem definierten Gewicht belastet. Die Zylindereinheit aus Zylinder mit Siebgewebe, Saugeinlage, Abdeckplatte und Gewicht wird gewogen und auf eine mit Filterpapier abgedeckte und Prüfflüssigkeit getränkte Filterplatte gestellt. Nachdem über einen definierten Zeitraum Flüssigkeit aufgenommen wurde, wird durch Rückwaage der Zylindereinheit die absorbierte Flüssigkeitsmenge bestimmt und als Saugkapazität (g aufgenommene Prüfflüssigkeit/cm2 Saugeinlage) gegen den angewandten Druck angegeben. Als Prüfflüssigkeit wurde eine 0,90-prozentige NaCI-Lösung verwendet. In den hier durchgeführten Versuchen wurde die Absorptionsmenge gegen eine 0,9-prozentige NaCI-Lösung und unter einer Belastung von 1200 g/100 cm2 bestimmt.
Tabelle 1
Beispiel 2Example 2
Die Absorptionsfähigkeit FSC von Saugkörpern aus nach dem Kraft Prozess hergestellten Fluff Pulp wurde wie in Beispiel 1 bestimmt.
Claims (13)
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